5.1 Description des essais
Dans le paragraphe sur les résultats des essais mécaniques, nous avons insisté sur l'importance, du point de vue hygrométrique, d'un contrôle rigoureux de la conservation des éprouvettes en vue de reproduire au mieux les conditions in situ. Il est une deuxième variable d'état à laquelle on attache généralement autant d'importance dans les études sur le comportement différé : la température. Au cours de la vie d'une centrale, on peut, du point de vue de la température, découper la vie du béton en trois périodes de longueurs inégales :
1. le coulage et îa prise (1 à 2 semaine), pendant lesquels le béton est dans un état transitoire, à la fois chimiquement, mécaniquement et thermiquement parlant ; la température du béton peut alors dépasser les 50°C.
2. la période qui sépare le coulage de la mise en service de la centrale (2 ans environ), période pendant laquelle le béton est soumis au cycle de température saisonnier.
3. la période d'activité de la centrale, d'environ une quarantaine d'année, période pendant laquelle îe béton subit une température moyenne d'environ 20 à 35°C avec un gradient de quelques degrés entre l'intrados et l'extrados.
Du point de vue de l'analyse du comportement différé du béton, les deux dernières périodes pendant lesquelles la température ne dépasse pas les 30°C peuvent être prises en compte d'une façon relativement aisée ; les règlements proposant le plus souvent des fonctions correctives permettant de tenir compte de la température (voir par exemple le code CEB). Il n'en est pas de même pour la période qui suit le coulage du béton, pendant laquelle on peut supposer que les températures atteintes modifient irréversiblement la microstructure de la pâte de ciment durcissante, et ce, d'autant plus que la prise se fait à haute température. Ainsi, de manière à pouvoir quantifier ce phénomène, nous avons décidé de doubler certains essais de comportement différé de deux bétons (Paluel et Flamanville) en leur faisant subir l'histoire réelle de température du béton d'enceinte. Nous présentons par îa suite la démarche choisie, ainsi que et les résultats des essais mécaniques sur ces deux types de matériaux. Les résultats de fluage seront présentés ultérieurement.
Nous avons donc simulé le champ de température dans une structure de 1,20 m d'épaisseur avec les données obtenues avec les essais QAB (figure 6) des bétons de Paluel et de Flamanville (figure 22). Nous avons par la suite fait subir aux éprouvettes îe même cycle de température au moyen d'une étuve (le cycle réel de température imposé aux éprouvettes est représenté en trait continu).
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Figure 22 : Cycle de température imposé aux éprouvettes de Flamanville et de Paluel correspondant à réchauffement prévu in situ. /K|4
6 0 . 0 0
SO. 00
•
1
p
Í
i -
4 0 . 0 0
3 0 . 0 0
• 2 0 . 0 0
5 0 . 0 0
0 . 0 0 100-00 r*T 1 5 0 . 0 0
2 0 0 . 0 0
5.2 Résultats et interprétation
Les résultats obtenus sur les éprouvettes de Paluel et de Flamanville ayant subi un traitement thermique sont présentés sur le tableau 5 ci-dessous. Les essais mécaniques sur ces deux types de béton ont été réalisés sur 3 éprouvettes 0 16 x 32 suivant la démarche utilisée pour les essais mécaniques classiques. Avant de passer à l'étape d'interprétation des résultats, il est nécessaire de garder en mémoire que si l'on souhaite analyser des résultats d'essais (dont on suppose que leur distribution suit une loi normale N(moy , a)) à l'aide d'une loi de Student-Fisher (car l'écart type
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de la loi normale est lui aussi inconnu), il est nécessaire de disposer d'un échantillon minimal de 4 résultats. L'intervalle de confiance à 95% autour de la moyenne est alors du type :
m T=r-imoy<m+-j=- (28) avec : moy : moyenne de la distribution.
m : moyenne estimée par l'échantillon.
s : estimation non biaisée de l'écart-type de la loi normale.
On constate donc qu'il est nécessaire de disposer d'un grand nombre d'essais pour pouvoir positionner l'un par rapport à l'autre les essais avec ou sans traitement thermique. Statistiquement, il est donc difficile de conclure avec seulement trois éprouvettes. Seule la tendance est donc représentée sur le Tableau 5.
Tableau 5 : Résultats des essais mécaniques avec traitement thermique et sans traitement thermique.
Flamanville Paluel
R c 2 8 j (MPa) 53,4 40,1*
40,0 42,6*
Rc 1 an (MPa)
61,2 52,2*
53,6 48,6*
E 2 8 j (GPa) 31,9 30,9*
38,4 40,9*
E 1 an (GPa)
37,3 35,8*
44,0 42,1*
: avec traitement thermique
Pour aller plus loin, il est intéressant de faire un examen approfondi de la littérature. Neville (Neville, 1981), par exemple, constate que les caractéristiques mécaniques (résistance et module dToung) d'un béton ayant subi un traitement thermique sont plus élevées au jeune âge mais présentent des valeurs asymptotiques plus faibles que celle du même béton conservé à 20°C. On se reportera au schéma ci-dessous (figure 23) qui permet une visualisation rapide de ce phénomène. Classiquement, on donne l'explication suivante : l'eau non combinée qui se trouve naturellement dans la pâte de ciment a un coefficient de dilatation thermique (CDT) de l'ordre de 150.10"6!?:-1 alors que le CDT de l'hydrate est plutôt de l'ordre de ÎO.IO^K"1. La prise ayant lieu à haute température, les ponts entre les différents hydrates vont se faire plus rapidement certes (loi d'Arrhenius), mais dans une structure plus lâche, puisque l'eau libre à tendance à écarter les hydrates les uns des autres. Il en résulte donc une perte de résistance et de rigidité à long terme. D est à noter cependant qu'à cette échelle de température, ü n'y a pas lieu de supposer une différence notable dans la microstructure des différents hydrates.
Nos essais avec traitement thermique vont donc bien dans le même sens que ce qui a été observé par NeviEe et son équipe puisque l'écart entre les performances mécaniques des bétons non thermoactivés et thermoactivés s'accroît au cours du temps. Cette différence, de l'ordre de 10 MPa sur la résistance à Flamanville et de 5 MPa à Paluel, est assez importante. Le module subit, lui, une perte maximale de 2 GPa. Il n'y a donc rien d'inquiétant.
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Figure 23 : Evolution de la résistance et du module avec et sans traitement thermique